川大高分子科学导论高分子结构与性能共38页文档
四川大学高分子物理课件
电学性能
介电常数
描述高分子材料在电场作用下的极化程度， 影响材料的绝缘性能和电容特性。
电导率
衡量高分子材料传导电流的能力，决定材料 的导电性能。
击穿电压
表示高分子材料在电场作用下发生击穿现象 的电压阈值，反映材料的耐电压能力。
光学性能
透光率
衡量高分子材料透过可见光的能力，决定材 料的透明度和清晰度。
高分子液晶呈现特定的有序排列，具有光学各 向异性、流动性等性质。
高分子液晶的应用
高分子液晶在显示技术、光电器件等领域具有广泛应用前景。
05
高分子物理性能
力学性能
弹性模量
描述高分子材料在弹性变形阶段的应力-应变关系， 反映材料的刚度。
屈服强度
表示高分子材料开始发生屈服现象的应力，用于评估 材料的承载能力。
无定形结构指高分子链的无序排列，玻璃态是高 分子在低温下的硬脆状态。
橡胶态和黏流态
橡胶态是高分子在较高温度下的高弹态，黏流态 则是高分子在更高温度下的流动状态。
3
结构转变和松弛现象
高分子在非晶态下可能发生结构转变和松弛现象 ，如玻璃化转变、结晶-熔融转变等。
取向态结构
01
高分子链的取向
在外力作用下，高分子链可能沿 着特定方向排列，形成取向态结 构。
04
高分子聚集态结构
晶态结构
高分子链在晶格中的排列
高分子链在晶体中呈现规则的排列，形成三维有序的晶格结构。
晶胞参数和晶体缺陷
晶胞参数描述晶体的基本单元，晶体缺陷影响晶体的物理和化学性 质。
结晶度和结晶形态
结晶度表示高分子材料中晶相的比例，结晶形态包括单晶、球晶等 。
非晶态结构
1 2
2024年度四川大学内部高分子物理PPT课件
定义
高分子物理是研究高分子物质物理性 质的科学，是高分子科学的一个重要 分支。
特点
高分子物理的研究对象是具有高分子 量的聚合物，其物理性质与低分子物 质有很大差异，如高分子链的构象、 聚集态结构、相转变、粘弹性、导电 性、光学性质等。
4
高分子物理研究内容
高分子链结构
研究高分子链的化学结构、构象、链长及分 布等。
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凝胶化现象与凝胶体性质
凝胶化现象
当高分子溶液的浓度达到一定程度时 ，高分子链之间会相互交联形成三维 网络结构，从而使溶液失去流动性， 形成凝胶。
凝胶体性质
凝胶体具有独特的物理和化学性质， 如弹性、粘滞性、触变性等。这些性 质使得凝胶体在生物医学、材料科学 等领域具有广泛的应用前景。
耐疲劳性
高分子材料在交变应力作用下抵抗疲劳破坏的能力，通 常以疲劳寿命或疲劳极限表示。提高高分子材料的耐疲 劳性有助于增强其承受交变应力的能力，从而延长使用 寿命。
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THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
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取向态结构与液晶态结构
取向态结构
高分子链在特定方向上呈现有序排列，而在 其他方向上保持无序。取向态结构具有各向 异性，表现为物理性质在不同方向上的差异 。
液晶态结构
高分子链在特定条件下形成介于晶体和非晶 态之间的中间状态。液晶态结构具有部分有 序性，表现出独特的物理性质，如光学性质 和流动性。
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CHAPTER 04
高聚物聚集态结构
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晶体规则排列，形成周期 性点阵结构。晶体结构具有长程有序性 ，表现出明显的各向异性。
高分子结构与性能
聚合物的分子量有两个基本特点，一是分子量大，二是分子量具有多分散性。 聚合物分子量可达数十万乃至数百万。大分子长度可达 102~103nm。而一般低分子物的 分子量不超过数百，分子长度不超过数纳米。分子量上的巨大差别反映到从低分子到高分子 在性质上的飞跃。这是一个从量变到质变的过程。 聚合物是由大小不同的同系物组成，其分子量只具有统计平均的意义，这种现象称为分 子量的多分散性。多分散性的大小主要决定于聚合过程，也受试样处理、存放条件等因素的 影响。 ⑴ 聚合物的平均分子量 当其他条件固定时，聚合物的性质是分子量的函数。对不同 的性质，这种函数关系是不同的。因而根据不同的性质就得到不同的平均分子量。 聚合物溶液冰点的下降、沸点的升高、渗透压等，只决定于溶液中大分子的数目，这就 是聚合物溶液的依数性。根据溶液的依数性测得的聚合物分子量平均值称为数均分子量，以
总的说来，对塑料，分子量分布窄时对加工和性能都有利。对橡胶，因为平均分子量一
般都很大，足以保证制品的强度，常常是分子量分布宽一些好，这样可以改善流动性而有利
于加工；对薄膜及纤维，为便于加工，一般分子量分布窄一些好，同时分布窄时对制品的性
能亦有利。
3.1.2.2 构象及形态 前面谈到的结构单元的连接方式、几何异构、旋光异构、大分子链骨架的几何形状、共
上带有一些长短不同的支链。产生支链的原因与单体的种类、聚合反应机理及反应条件有关。 星形大分子、梳形大分子及枝形大分子都可视为支链型大分子的特殊类型。 大分子链之间通过化学键相互交联连接起来就形成三维结构的网状大分子。这里的“分
高分子科学导论
高分子科学导论是关于高分子材料的合成、结构和性能以及应用等方面的一门科学。
它涵盖了高分子的合成反应、聚合物的结构与性能、聚合物的成型加工以及通用高分子材料和新型高分子材料等方面的基本内容。
在高分子合成反应方面，高分子科学导论介绍了自由基聚合反应、离子型聚合、配位聚合反应等聚合实施方法，以及逐步聚合反应等反应类型。
此外，还介绍了高分子的合成原理，包括单体、引发剂、催化剂等原料的选择和制备，聚合反应的条件和实施方法等。
在聚合物的结构和性能方面，高分子科学导论介绍了聚合物的分子结构、聚集态结构以及分子运动等方面的知识。
此外，还介绍了聚合物的力学性能、溶液性质、物理性能等方面的实验测定方法和技术。
在聚合物的成型加工方面，高分子科学导论介绍了塑料、橡胶、纤维等高分子材料的成型加工技术，包括挤出成型、注塑成型、压缩成型、压注成型等塑料成型方法，以及橡胶的挤出成型和注射成型等加工技术。
此外，还介绍了纤维纺丝的原料制备、熔体或溶液的制备以及纺丝成型等方面的知识。
在通用高分子材料和新型高分子材料方面，高分子科学导论介绍了塑料、橡胶、纤维等通用高分子材料的种类、性能和用途，以及新
型高分子材料的研发和进展。
此外，还介绍了高分子材料的应用领域和市场前景等方面的知识。
总之，高分子科学导论是一门涉及高分子材料合成、结构与性能以及应用等方面的综合性学科，对于深入了解高分子材料的性质和应用具有重要意义。
高分子材料的结构和性能PPT讲稿
3.1 聚合物结构
本章的内容：高分子链的近程结构和远程结构。其中
近程结构介绍高分子链结构单元的化学组成、键接方式、
河 北
立体构型、支化与交联和端基等内容；远程结构包括单个 高分子的大小和柔顺性。
工 业
要求掌握的内容：
大
学 高
（1）基本概念：构型、构象、柔顺性和链段等基本概念
高分③ 大分子链的单键若无空间阻碍时，由内旋转呈现无数构象，
子 从而使高分子链具有柔性。（高分子材料具有高弹性）
研
究④ 大分子链之间靠范德华力作用结合（静电力、诱导力、氢
所 键等），从而形成晶态、非晶态、取向态、织态结构的聚
合物。
⑤ 高分子链结构具有不均一性（聚合度及分子量大小不一样）
河 北
高分子结构的分类
n
CH 3
河北聚醋酸乙烯酯 PVAc Polyvinyl 工acetate
业 大
学聚乙烯基甲基醚 PVME
高
分Polyvinyl methyl ether
子 研
究所聚丁二烯PolybutPaBdiene
O O C CH3 CH2 C
n
H O CH3 CH2 C
n
H
C 2H CC HC H 3H n
构型：是指原子的取代基在空间的排列： 包括几何异构和立体异构。
远程结构（二级结构）：指单个大分 子的大小和在空间的存在的各种形状 （形态、构象）例如：伸直链、无规 线团、折叠链。
凝聚态结构：是指大分子之间的几何排列（如何堆砌的）包括 晶态结构，非晶态，取向态，液晶态，织态等结构。是在加工 过程中形成的，是由微观结构向宏观结构过渡的状态。
分 子
（2）高分子链近程结构和远程结构的主要内容，并能举例
02-高分子科学导论-高分子的化学反应-0928
Investigating the mechanism of polymer degradation, facilitating the disposal of waste polymers
高分子科学导论
Reactions of the Polymer
高分子化学反应的分类
聚合度基本不变的反应：侧基和端基变化 Remaining almost unchanged in number-average degree of polymerization, but being subject to alternation of pendant and terminal
纤维素（cellulose）的化学反应 纤维素是第一个进行化学改性的天然高分子。 纤维素的每个结构单元中含有三个羟基，可以发生 酯化或醚化反应。反应产物统称为纤维素衍生物。常见
的纤维素衍生物包括硝酸纤维素、醋酸纤维素等。
C. Shö nbein 纤维素中的1,4-β-糖苷键在酸、酶 等催化作用下可以发生水解，造 成分子量下降，最终可以降解为
高分子科学导论 Introduction to polymer science
高分子的合成与化学性能
Polymer synthesis and chemical properties 第二讲
四川大学 化学学院
高分子科学导论
Content
高分子的聚合方法
Polymerization
聚合物的分子设计
纤维素结构图
葡萄糖分子。
高分子科学导论
Reactions of the Polymer
研究高分子化学反应的目的和意义
丰富高分子的品种、扩大应用范围； Enriching the variety of polymers and enlarging its application fields 从理论上研究和验证高分子化合物的结构； Determining or verifying the polymer structures theoretically 研究影响老化的因素和性能变化之间的关系；
第章高分子材料的结构与性能
第章第二章高分子材料的结构与性能第一节聚合物的结构第二节高分子材料的物理性能热、电、光、渗透性第三节高分子材料的化学性能化学反应、老化、燃烧特性、力化学性能第一节聚合物的结构1、大分子链的组成和构造结构：近程&远程空间排列方式：几何异构&旋光异构，全同、间规、无规立构几何形状：线型、支链型（星形、梳形、枝形等）、网状、梯形状梯序列结构：交替、嵌段、接枝、无规形态：伸直链、折叠链、螺旋形链、无规线团2、聚合物聚集态结构晶态结构模型：缨状微束模型、折叠链模型液晶态结构：近晶型、向列型、胆甾型取向态结构：单轴&双轴取向，分子&晶粒取向3、聚合物的分子运动及物理状态链段分子运动的特点：多重性、松弛玻璃态高弹态粘流态形变度T g T f 温度第二节高分子材料的物理性能❑基本物性由材料的基本性能决定，结构不敏感参数，包括由材料的基本性能决定结构不敏感参数包括密度、比热容、折光指数、介电常数等❑结构敏感性能：对材料的结构缺陷十分敏感，如对材料的结构缺陷十分敏感如导电性、介电损耗、塑性、脆性等。
1、热性能（1）热导率热量扩散快慢的一种量度。
外加热能影响物质平面上原子及分子的振动振幅，该热能以一定的速率向对面方向扩散。
该热能以定的速率向对面方向扩散λ =C P(ρB)1/2LC-比热容， 密度，热容ρ度PB -体积模量（本体模量，均匀压缩时）L -热振动的平均自由行程（声子），即原子或分子间距离L（声子）即原子或分子间距离金属材料：取决于自由电子的热运动，原子晶格的振动次要：λ∝电导率非金属材料：扩散速率取决于临近原子或分子的结合强度，主价键结合热扩散快，热导率大，良热导体–次价结合–导热性差，热导率小聚合物材料：靠分子间力结合，导热性较差。
与实验值接λ≅ 0.3 W.m-1.K-1，与实验值接近。
聚合物热导率变化的般规律：聚合物热导率变化的一般规律（1）主价键结合时传热快，次价键时慢（2）结晶聚合物的热导率稍高一些（3）非晶聚合物λ∝M，沿分子链传递比分子间容易（4）加入低分子的增塑剂，λ↓（5）热导率随温度波动，不超过10％（）取向导致各向异性：沿取向方向增大，横向减小6λ例PVC伸长300％时，轴向比横向大一倍多。
高分子材料结构与性能。
以丁二烯的聚合物为例： 顺式 为弹性体
CH2=CH-CH=CH2
反式为塑料
（2）旋光异构体
碳原子的四个价键形成正 四面体结构，键角都是 109°。
化合物分子中的异构 碳原子与四个不同的原子 相连时，这个化合物的空 间可能有两个不同排列,两 个分子在空间不能重叠它 们并不是同一种化合物。
这种性质称为“手 性”，中心的碳原子称为 “不对称碳原子”。
元素有机大分子
聚丙烯（PP）
CH2—CH—CH 2—CH
CH3
CH3
聚甲醛（POM）
CH2—O—CH 2—O—CH 2—O
2. 结构单元的连接方式
是指结构单元在高分子链中的联结方式（顺序）
完全对称的单体（乙烯，四氟乙烯），只有一种链接方式 带有不对称取代基的单烯类单体（CH2＝CHR）聚合生成高 分子时，结构单元的键接方式则可能有头—头连接、头—尾 连接、尾—尾连接三种不同方式：
成为沿流动方向平行排列的伸展状态，在适当的条件下结晶而 成。分子链取向与纤维轴平行。
聚合物串晶是一种类似于串珠式的多晶体。在切应力作用 下结晶得到串晶。
a
a
b
c
e
d
二、聚合物的晶态结构模型
聚合物晶态结构模型有两种： 缨状胶束模型：认为结晶聚合物中晶区与非晶区互相穿插， 同时存在。在晶区分子链相互平行排列成规整的结构，而在非 晶区分子链的堆砌完全无序。该模型也称两相结构模型。
?1数均分子量?数均分子量被定义为在一个高聚物体系中高聚物的数均分子量被定义为在一个高聚物体系中高聚物的总重量以克为单位除以高聚物中所含各种大小分子的以克为单位除以高聚物中所含各种大小分子的总摩尔数即数均分子量是高聚物体系中各种分子量的数均分子量是高聚物体系中各种分子量的摩尔分数与其相应的分子量的乘积所得的总和
2024四川大学高分子物理课件
四川大学高分子物理课件•高分子物理概述•高分子链结构与性质•高分子溶液与凝胶•高聚物力学性能与形变目录•高聚物电学、光学及热学性能•聚合物共混与复合材料01高分子物理概述高分子链的结构与构象研究高分子链的组成、构型、构象及其变化规律。
高分子聚集态结构探讨高分子材料在不同条件下的聚集态结构，如晶态、非晶态、取向态等。
高分子溶液与高分子液体研究高分子在溶液和液体中的行为，包括溶解、溶胀、流变等。
高分子材料的力学、热学、电学等性能分析高分子材料的各种物理性能及其与结构的关系。
03高分子物理学的形成与发展随着对高分子材料结构和性能研究的深入，高分子物理学逐渐形成并发展。
01早期高分子科学的发展主要围绕天然高分子材料的研究和应用。
0220世纪初的高分子科学合成高分子的出现，推动了高分子科学的快速发展。
高分子物理为高分子材料的合成、加工、改性提供了理论基础。
材料科学与工程生物医学领域环境保护与可持续发展新能源领域高分子材料在医疗器械、药物载体、生物组织工程等方面有广泛应用。
高分子材料在环保领域的应用，如污水处理、废气处理等，有助于实现可持续发展。
高分子材料在太阳能电池、燃料电池等新能源领域的应用日益广泛。
高分子物理在现实生活中的应用02高分子链结构与性质高分子链的化学结构主链结构高分子链的主链是由共价键连接的原子序列，决定了高分子链的基本骨架。
侧基与官能团高分子链上可能带有各种侧基和官能团，这些基团对高分子链的性质和功能有重要影响。
立体异构高分子链中的原子或基团在空间上的排列方式不同，可形成立体异构体，如全同立构、间同立构和无规立构等。
高分子链中原子或基团在空间的具体排列称为构象，高分子链的构象是多种多样的。
构象柔性影响柔性的因素高分子链的柔性是指链段在空间中改变构象的能力，柔性好的高分子链易于改变构象。
高分子链的柔性受主链结构、侧基与官能团、温度等因素的影响。
030201高分子链的构象与柔性高分子链在空间中通过分子间相互作用力聚集在一起形成的结构称为聚集态结构。
高分子物理 结构与性能 第二章 高分子的聚集态结构与宏观性能
球晶——结晶聚合物中最常见、最重要的结 晶形态。
球晶形成条件 —— 聚合物从浓溶液或从熔体中冷 却结晶时，在不存在应力的情况下，会形成外观 几何形状为球体的结晶形态。 球晶的基本结构——由折叠链晶片形成的多晶聚集 体。小晶片由于聚合物熔体迅速冷却或者其它条件 的限制来不及进行规则生长，不能按照最理想的方 式生长形成单晶，但是为了减少表面能，它们往往 以某些晶核为中心同时向四面八方进行生长，最后 成为球状的多晶聚集体——球晶。
聚乙烯伸直链晶体的电镜照片
宏观单晶体
（1）将单体培育成单晶；
（2）将单体单晶聚合形成聚合物单晶
聚双（对甲苯磺酸）-2，4-已二炔=1，6-二醇酯 （PTS）宏观单晶体，其最大尺寸已达到26mm。
单层聚合物单晶——极稀溶液结晶
聚 合 物 结 晶 形 态
多层聚合物单晶——稀溶液结晶 浓溶液结晶 聚合物球晶—— 熔体结晶 聚合物树枝晶——结晶温度低/分子量高 聚合物纤维晶/串晶——应力作用下结晶 伸直链晶体——高压下结晶
(1) 聚合物分子链在晶态中呈伸展构象——平面锯齿 形构象/螺旋形构象； (2) 分子链在晶体中做规则排列时只能以分子链的链 轴相互平行的方式排列——链轴方向定义为晶胞 的主轴（C轴）； (3) 由于链轴方向上的原子/分子作用与其它两个方 向不同，晶体在C轴方向上的行为与a轴和b轴方 向上的行为不相同；
1）Flory的无规线团模型 2）Yeh的两相球粒模型
无规线团模型
两相球粒模型
无规线团模型的核心内容
非晶态中的高分子链，无论处于玻璃态、高 弹态、还是熔融态，都象无扰状态下高分子溶液 中的分子链一样，呈现无规线团构象，高分子链 之间可以相互贯穿，彼此缠结，线团内的空间可 以被相邻的分子所占有，不存在任何程度的局部 有序结构，整个非晶态固体呈现均相。 无规线团模型最强有力支持是小角中子散射 实验的结果，它证实在非晶态中高分子链确实呈 无规线团构象，而且线团的大小与从高分子稀溶 液中测得的无扰线团尺寸相当。